通信機房溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

摘要 通信機房設(shè)備分密集、安全性要求高，要保證通信網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定運行，需實時監(jiān)測機房溫度。所以，設(shè)計了一款智能化、性價比高的通信機房溫度的檢測系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)測溫點少、兼容性和擴展性差的缺點。文中設(shè)計主要運用主從分布式通信思想，設(shè)計了應(yīng)用于測量通信機房溫度的檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、測溫精確等優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于通信機房、蔬菜大棚的溫度控制、倉庫測溫等領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞 溫度檢測；數(shù)字溫度傳感器；單片機；數(shù)據(jù)通信

    溫度檢測控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和日常生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。直接受測量溫度控制的影響，生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量等一系列問題，準(zhǔn)確的測量和機房溫度控制，對于獲得正確的科研數(shù)據(jù)和保證產(chǎn)品質(zhì)量都具有重要的意義。溫度檢測控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進行自動控制，保證生產(chǎn)的自動化、智能化能夠順利、安全進行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。
    本系統(tǒng)設(shè)計采用DS18B20為溫度采集模塊，利用單片機及外圍電路構(gòu)成。可對通信機房環(huán)境溫度進行合理檢測和適當(dāng)控制，以保證通信設(shè)備的正常運行。此系統(tǒng)占用微處理器的端口比較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與傳統(tǒng)裝置相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高和測溫精度高、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案
    本溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計運用分布式通信的思想，設(shè)計一種通信機房的多路溫度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過計算機和單片機編程，使智能溫度傳感器DS18B20正常工作，然后檢測通信機房的溫度，系統(tǒng)采用RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)，通信機房的溫度采集通過下位機進行。溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機模塊實時顯示，也可以送回上位機進行數(shù)據(jù)處理，如果采集的溫度值高于設(shè)定溫度報警上限溫度，系統(tǒng)即發(fā)出報警信號，并同時起動制冷設(shè)備，使溫度下降，當(dāng)溫度系下降到一定的程度，即通信機房的溫度低于上限復(fù)位值時，立即關(guān)閉制冷設(shè)備。當(dāng)采集溫度值低于下限報警溫度值時，系統(tǒng)又發(fā)出報警信號，并同時起動制熱設(shè)備，使通信機房的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，從而使通信機房的溫度值維持在一定的范圍內(nèi)。具有檢測速度快、擴展性能好、成本低的特點。實際采用電路總體方案如圖1所示。

2 電路的硬件設(shè)計
    系統(tǒng)的硬件設(shè)計直接影響到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)和終端的大小與外觀。根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的基本技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要由溫度檢測電路、LCD顯示電路、蜂鳴器報警電路、鍵盤控制電路、溫度控制電路、串行通信電路等幾部分組成。通信機房溫度檢測系統(tǒng)的硬件圖，如圖2所示。

    (1)溫度檢測電路設(shè)計。
    溫度傳感器選用DS18B20。DS18B20是由Dallas公司生產(chǎn)的“一線式”數(shù)字溫度傳感器，其全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如三極管的集成電路以內(nèi)。DS18B20與其他的溫度傳感器相比較，DS18B20具有高精度、高可靠性、高性能、體積小、硬件開銷小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、更實用、抗干擾能力更強、附加功能更強的特點。DS18B20就是有獨特的1-wire接口、只有一個引腳進行通信、數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換輸出單總線的數(shù)據(jù)總線。最高分辨率是12位，測溫范圍為為-55～+125℃，測溫分辨率可達0．062 5℃。CPU能夠用一根數(shù)據(jù)線與多個DS18B20之間進行數(shù)據(jù)通信，其中，所使用微處理器的端口數(shù)量并不多，這樣引線的數(shù)量要求較少，邏輯電路的數(shù)目也少。系統(tǒng)中采用“一線總線”的數(shù)字傳輸方式，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
    (2)主控芯片的選擇。
    設(shè)計中采用單片機實現(xiàn)對溫度的檢測與控制。在單片機選擇方面，由于AT89系列單片機與MCS-51系列單片機的引腳和指令完全相互兼容。然而相對于AVR、ARM等高端一些的單片機而言，AT系列的結(jié)構(gòu)與指令方面相對簡單，價格也便宜，而且完全可以達到設(shè)計的控制要求，所以，首選AT系列的單片機作為控制核心。
    對于AT系列的單片機而言，常用單片機的基本類型有8種。AT89C51有4 kB的內(nèi)存存儲器，適用于本設(shè)計。系統(tǒng)中單片機選用的是AT89C51芯片，是由Atmel公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型單片機。AT89C51單片機在其片內(nèi)有4 kB Flash閃速程序存儲器，可經(jīng)受1 000次以上的寫入／擦除周期，并有程序存儲器加密邏輯，給單片機產(chǎn)品的開發(fā)、應(yīng)用和生產(chǎn)帶來了便利。綜上所述，加之AT89C51單片機的價格相對便宜，因此控制核心部分選用AT89C51單片機。

3 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計
    檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序調(diào)用了5個子程序，它們分別是溫度測試程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、LCD顯示程序、中斷控制程序、單片機與PC機串口通訊程序。溫度測試程序的主要功能是對溫度芯片送來的數(shù)據(jù)進行處理，進行判斷和顯示。鍵盤掃描電路及按鍵處理程序的主要功能是實現(xiàn)溫度通過鍵盤輸入，按鍵識別以及相關(guān)的溫度處理。LCD顯示程序的主要功能是利用數(shù)碼顯示傳送的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。中斷控制程序主要實現(xiàn)循環(huán)顯示功能。串口通訊程序的功能是實現(xiàn)PC機與單片機之間的通信，然后將溫度數(shù)據(jù)傳送給PC機。
    主程序流程：首先系統(tǒng)進行初始化賦值，依次調(diào)用溫度顯示子程序，鍵盤掃描子程序，然后把采集來的溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度進行比較，做出相應(yīng)的處理，比如高溫報警、低溫報警。最后把采集的溫度值以及處理命令通過串口通信傳送到PC機，同時PC機也可以遠程進行控制。

4 結(jié)束語
    通信機房的多路溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計主要是包括系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)的整體設(shè)計、系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等。利用主從分布式的思想，由一臺上位機和多個下位機組成兩級分布式通信機房的多路溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度的采集與控制，具有溫度數(shù)碼顯示、高溫報警、數(shù)據(jù)傳輸與存貯、打印數(shù)據(jù)曲線、遠程控制等功能。系統(tǒng)利用PC機作為上位管理機，使用軟件制作了較為人性化的溫度控制操作界
面，從而提高了系統(tǒng)的可視化程度，方便了用戶的使用。系統(tǒng)通過上位機控制下通過下位機進行現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)采集，采集的溫度數(shù)據(jù)既可以通過RS-232總線傳送給主控PC機進行數(shù)據(jù)處理，屏幕顯示或數(shù)據(jù)打印，也可以由下位機單獨工作，由LCD實時顯示各點的現(xiàn)場溫度。